Study of the translocation mechanism of the cyaa toxin from bordetella pertussis
Etude du mécanisme de translocation de la toxine CyaA de bordetella pertussis
par Alexis VOEGELE sous la direction de Alexandre CHENAL
Thèse de doctorat en Biologie cellulaire et moléculaire
ED 562 Bio Sorbonne Paris Cité

Soutenue le jeudi 10 octobre 2019 à Université de Paris (2019-....)

Sujets
  • Bordetella pertussis
  • Calmoduline
  • Toxine d'adénylate cyclase
  • Translocation (génétique)

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Mots clés
Propriétés membranaires
Resumé
La toxine adénylcyclase (CyaA) est un des principaux facteurs de virulence produite par Bordetella pertussis, l'agent de la coqueluche. CyaA a l'unique capacité de transloquer son domaine catalytique directement à travers la membrane plasmique. Puis le domaine catalytique lie la calmoduline (CaM) pour produire de grandes quantités d'AMPc, conduisant à l'intoxication de la cellule. Bien que plusieurs modèles aient été proposés, le mécanisme moléculaire et les forces impliquées dans la translocation de CyaA restent peu connus. Un gradient de calcium, un potentiel de membrane et des acylations post-traductionnelles sont requis pour la translocation de CyaA. Pendant mon doctorat, je me suis principalement intéressé au processus de translocation. Il a été montré précédemment que la suppression de la région de translocation abolit le passage du domaine catalytique. Dans cette région, le peptide P454 (résidus 454 à 484 de CyaA) a été identifié et montre des propriétés membranaires, i.e interaction avec la membrane, repliement en hélice α au contact de la membrane et perméabilisation membranaire. Nous avons étudié le rôle de P454 dans le processus de translocation. Nous avons observé que des lipides fluides et chargés négativement favorisent l'insertion de P454 dans les membranes. Le peptide possède deux arginines qui sont impliquées dans ses activités membranaires. P454 possède aussi la capacité de transloquer à travers la membrane et de former un complexe avec la CaM. Nous avons identifié plusieurs résidus de P454 impliqués dans la liaison à la membrane et la CaM. Dans le contexte de la toxine entière, ces résidus sont essentiels pour la translocation du domaine catalytique et la production d'AMPc. On propose un modèle de translocation dans lequel le segment P454 de la région de translocation déstabilise la membrane, favorisant sa translocation. Dans le cytosol, le segment P454 est piégé par la CaM et le complexe pourrait agir comme une force tirant le domaine catalytique à travers la membrane. Nous avons aussi montré que la liaison à la CaM du peptide liant la CaM dans le domaine catalytique induit des effets allostériques qui stabilisent le site catalytique, permettant la catalyse rapide d'ATP en AMPc. La pertinence de ces résultats pour la translocation et l'activation de CyaA sont discutées.